图 | 孔德圣（来源：孔德圣）
2016 年，他返国加入南京大学担当教授。其表示：“当时，南大卢明辉教授在斯坦福访学，他向我先容了南大的情形。后来，我参加了南大的外洋招聘活动，觉得供应的科研条件不错。和我同实验室的师兄朱嘉教授、鲁振达教授，在我之前都已陆续加入南大，干系支持条件也都落到了实处。”
而他在报告国家人才项目时，时任南大当代工程与运用科学学院院长陆延青教授亲自带队去北京答辩。各类缘故原由都让孔德圣以为加入南大是一个很好的选择。
七年来，南大不负君，君未负南大。截至目前，孔德圣累计揭橥论文 90 多篇，总引用次数 18900 多次，H 指数 47。
前不久，他和团队成功造出一种双层自愈合导体，其对付细微损伤具备超敏感的特色，同时也适用于较大的损伤。
这款自愈合导体采取分外的构造设计，上层是导电铜膜，下层是液态金属微胶囊，两者可以产生强烈的力学耦合。
当铜膜受到波折、折叠、拉伸等构造性毁坏时，位于损伤处的液态金属微胶囊会迅速破碎，在开释液态金属的同时，能够完成瞬时的电学自愈合。
对付铜膜上涌现的微裂纹，这款自愈合导体能产生超级敏感的相应，纵然在波折应变仅有 0.25% 的情形下，也能顺利实行自愈合功能。
此外，这种自愈合机制也适用于严重型的构造毁坏。比如，当导体遭受 1200% 的超大拉伸时，基于这一机制的自愈合导体仍能保持出色的电学性能。
这种高敏感、自适应的电学修复能力，能让导体在遭受各种机器损伤之时，依旧可以保持稳定的电学性能，故能为提高导体的电学自愈合能力供应新的思路。
同时，这是一种基于电学自修复导体的通用设计方案，可被用于多种柔性电子器件中。例如，当用于构建传感电极与导电线路时，可以大大提升耐用性和稳定性。
从弹性体的“坠欢重拾”提及
据先容，柔性电子器件被长期穿着之后，由于机器性的疲倦损伤，会导致器件涌现裂纹和分层等构造性破损，这会极大影响器件的长效可靠性。
自然界中的生物体在碰着意外侵害之后可以自发地修复，这也是其独特的生存机制。受此启示，自愈合能力已被广泛用于功能器件之中，从而达到延长利用寿命的目的。
本征自愈合导体，是利用上述功能的范例器件之一。本征自愈合导体由优柔的弹性体组成，弹性体内部蕴含着大量的可逆键。
在柔性体的导电网络被毁坏之后，把导电纳米材料添加到弹性体之中，就能通过弹性体的自我重构实现“坠欢重拾”。
不过，本征自愈合导体每每要在常温和常压之下完成自修复，于是人们采取高温、光辐射和溶剂等手段来加速愈合速率。
与之相反的是，非本征自愈合导体则依赖于嵌入的微胶囊，自发地实现自愈合的功能。当受到外力毁坏时，受到破损的微胶囊会开释出反应前聚体和催化剂，这时无须要外力驱动就能发生交联反应，从而实现自修复的效果，这一特性也让非本征自愈合导体有着更加广阔的运用处景。
镓基合金，是一种能在室温下呈现液态的金属，由于兼具金属的电导率和液体的流动性，故也被称为液态金属。
此前，已有一些研究成果将液态金属微胶囊用于非本征自愈合导体。这些成果的事理每每是借助微胶囊的破碎开释出来液态金属，从而形成一架电学“桥梁”，进而连接失落去导电性的网络。
制备液态金属微胶囊时，采取将宏不雅观流动的液态金属自上而下的办法。常日，人们会在液态金属微胶囊的表面包裹氧化膜或硫醇以作为稳定的外壳。
研究表明，液态金属微胶囊表面钝化的氧化层会阻碍电子传输。因此，液态金属微胶囊和橡胶形成的自愈合复合物在起初并不导电。以是必须对其进行烧结，采纳诸如强力按压或强力拉伸等办法，来形成液态金属的连续导电网络，这无疑会增加制备流程的繁芜度。为理解决液态金属自愈合导体初始不导电的问题，人们提出了两种常用方法：
常用方法之一是在弹性体中引入导电金属添补物，借此来建立三维阈渗网络，然后利用液态金属微胶囊的破碎来实现电学自愈合的效果。只管在被强力拉伸的时候，这些导体具有出色的性能，但是受到小形变的时候却会短缺自愈合能力。其余，由于液态金属和导电添补物之间短缺稳定的相互浸染，在多次循环变形测试之中导体的电阻无法保持稳定，而是会随着拉伸循环呈现显著增加。
常用方法之二是将液态金属微胶囊浆料直接倾倒在金属膜层表面，形成液态金属微胶囊在上、金属膜层不才的层状构造。当导体受到外力毁坏时，在破损之处必须进行直通导体的深切，才能让液态金属有效开释出来，进而达到愈合的目的。但是，该方法仅适用于导体遭受灾害性构造毁坏的这一分外场景，在运用处景上面临着较大的限定。
液态金属，实质上是室温下处于熔化状态的金属。但是，由于表面会发生氧化，导致其表面张力大、流动性差，以是很难采取常规的流体材料加工方法。
如何实现超敏感的电学自修复导体？
返国以来，孔德圣团队长期聚焦于自上而下的制备方法，曾将液态金属制备成微米尺度和纳米尺度的颗粒，进而造出一种电子油墨，并实现了电子/线路的印刷加工。
对付液态金属微胶囊来说，其液态金属的表面由天然氧化配体或化学配体包裹，这些配体实在是胶囊的核壳构造，因此印刷出来的图形无法导电，这时必须采纳后处理工艺才能实现线路的导通。
目前，液态金属颗粒的烧结办法紧张有三种：力学烧结、激光烧结、化学烧结。个中，化学烧结法由孔德圣课题组率先提出。
激光烧结，是利用激光来扫描液态金属的线路，通过激光热效应将液态金属的氧化层剥离，从而让液态金属的内核流出，进而形成导电网络。采取该方法制备的导体具备较高的电导率，然而由于激光的穿透深度有限，致使导体的厚度较小，这极大降落了液态金属的拉伸性能。此外，该方法还存在难以大面积加工的弊端。
力学烧结，是指采取拉伸、按压等办法，来对液态金属颗粒施加力的浸染，匆匆使液态金属颗粒的氧化层分裂，让液态金属的内核流出，从而形成连续的导电网络。不过，该方法存在转化效率低下的弊端，并且高度依赖衬底的力学性能。
化学烧结，指的是采取盐酸蒸汽来处理液体金属和铜颗粒的复合物，利用液态金属和金属铜的合金润湿反应，形成液态金属的连续导电网络。利用该方法制备的导体具备电导率高、方阻低、适宜大面积加工等上风。但是，也存在加工条件受限的不敷。
基于此，该团队做出如下设想：既然液态金属存在烧结困难的问题，而且液态金属的氧化膜在受到外力毁坏时可以开释出液态金属。那么，不如利用这一特性来将液态金属颗粒作为电学愈合剂，从而实现受损电路的修复。
查阅文献时课题组创造，在将液态金属颗粒用于电学自修复上，学界已经做出了一定成果。
不过，这些成果要么是基于力学烧结，要么是须要较大的外力激活。也便是说，尚未有人基于液态金属微胶囊，来制备超敏感的电学自修复导体。
研发双层自愈合导体，填补领域内的空缺
于是，该团队打算填补这一空缺。阅读浩瀚论文之后他们创造，液态金属破碎的关键在于——增加液态金属和周围基质的力学耦合浸染。
随后，他们在液态金属微胶囊复合物上镀了一层金属膜，借此实现了复合物初始导电的功能。
多年来，该实验室里积累了丰富的镀膜技能，包括磁控溅射、真空蒸镀、电镀、化学镀等。经由一番挑选，他们打算采取化学镀膜的方法，其具有低本钱、大略、高效的上风，能让铜膜在液态金属微胶囊上实现紧密共性的沉积。
然后，他们将镀铜之后的样品进行拉伸，结果创造铜膜发生了均匀的破碎，并露出泛着金属光泽的裂纹。在显微镜之下，流动的液态金属瞬间填满了铜碎片之间的沟壑。
这时，一片疑云笼罩在他们的头顶：液态金属微胶囊的破碎，到底是基于铜膜的尖端应力场、还是基于弹性基底对微胶囊的力学传导？
为此，课题组动手开展描述剖析和电学剖析，从构效关系两个方面进行表征。结果表明，单层无电镀铜膜在 3% 的拉伸量下就会发生电学失落效。
而再将单层液态金属微胶囊复合物进行拉伸时，就会创造微胶囊会随机地发生破碎，从而开释出液态金属。
这种破碎模式非常低效，须要大约 30% 的拉伸量才可以形成导电网络，也远远大于传统铜膜的失落效点。这解释仅仅依赖弹性衬底的力学传导，并不能及时修复破碎的铜导体。
而该团队制备的自愈合导体，具备出色的可拉伸性。在经历从 0.25% 到 1200% 平分歧的形变量时，也会形成和传统铜膜类似的裂纹，但是可以清晰地看到在裂纹处集中开释了大量的液态金属，它们可以连接破碎铜层，从而起到电学愈合的效果。
在不同的拉伸量之下，这种双层自愈合导体均能保持稳定的电阻增长。哪怕在撤掉拉伸之后，都能规复到初始电阻值附近，这让液态金属微胶囊能对铜膜起到良好的电学自修复效果。
其余，在较小的拉伸之下，双层自愈合导体也具备较好的拉伸性和循环性，这表明其具有超高的敏感性，即可以将铜膜的导电性和液态金属微胶囊的修复性进行有机结合，并能填补铜膜的脆性、以及液态金属微胶囊不导电性等缺陷。
另据悉，研究中的绝大部分实验由李妍妍和方婷两位同学完成。为了实现更好的折衷互助，在方婷接手该项目的第一天起，她就和李妍妍建立了在线文档，每天汇总实验数据和结果，无论多晚都会剖析当日的实验结果，正是这种雷打不动的习气推动了双方的互助。
作为两位同学的导师，孔德圣曾对课题方向予以及时改动，补齐了早期实验上的不敷。
该团队的学术带头人陆延青教授也一贯非常关注这次课题的进展。在论文的初审阶段，虽然收到了一些正面反馈。但是，针对多个研究细节审稿人提出了一系列问题。
在修正论文时，连续两个月里李妍妍和方婷都在高强度地事情，然而一些实验迟迟无法得到空想效果，她俩一度也有些丧气。
这时，陆延青和大家一起研究评审见地。在他的帮助之下，两名同学果真完成了补充实验，终极论文得以顺利揭橥在 PNAS 上 [1]。
论文题目为《超灵敏和超可伸缩的电自修复导体》（Ultrasensitive and ultrastretchable electrically self-healing conductors），李妍妍和方婷是第一作者，孔德圣和陆延青担当通讯作者。
图 | 干系论文（来源：PNAS）
只管这项事情极大增加了电学自愈合导体的敏感性和稳定性，但是依旧存在诸多问题。详细来说：
首先，本次提出的基于电学自愈合导体的通用设计方案，不仅适用于传统的金属膜层，也能提升各种新型电极材料的性能。因此，课题组目前正在拓展液态金属基自愈合股料的体系，以便探索不同材料的独特性能。
其次，液态金属具有较好的生物安全性，基于该自愈合导体的设计理念，可用于构建新型生物亲和电极，有望知足长期贴肤穿着乃至植入运用的需求，关于此该团队也正在开展干系研究。
参考资料：
1.Li, Y., Fang, T., Zhang, J., Zhu, H., Sun, Y., ... Lu，Y. & Kong, D. (2023). Ultrasensitive and ultrastretchable electrically self-healing conductors.Proceedings of the National Academy of Sciences, 120(23), e2300953120.
